Campo e potencial elétrico - Entendendo o significado!

[Música] Olá querido Estudante eu sou professor Douglas Gomes de física e quero te convidar a aprender comigo o que é campo e o que é potencial elétrico o que que essas coisas representam Qual o significado delas não vamos apenas decorar fórmulas se você quer aprender isso eu te convido a se inscrever no nosso canal ative as notificações mas antes de mais nada já deixe o seu joinha isso ajuda muito a gente por aqui e nós vamos começar o nosso tema a convite né a sugestão de Walison Pablo ele que falou Douglas que tá um vídeo

a respeito de campo elétrico e de potencial elétrico eu falei Pode deixar comigo que a gente vai fazer então Pablo Este vídeo é para você bem primeira coisa campo elétrico a primeira história que nós vamos contar a Newton ele dizia que os corpos interagiam a distância como no caso da força gravitacional a força gravitacional o planeta terra por exemplo atrai tudo aqui que você está observando para o seu centro e esta força Atrativa ela atua mesmo a distância a terra não está encostada neste pincel para poder atrai-lo é a distância que isso acontece depois surgiram

outros modelos para poderem estudar esse tipo de interação que é o chamado modelo de força intermediada por campo pois bem agora nós dizemos que o planeta terra modifica as propriedades do espaço em todo o universo tem gente que pensa que o campo gravitacional terrestre acontece só aqui nas proximidades da superfície não por que que você acha que a lua tá girando em torno da gente aqui por que que você acha que ela não se vai embora é porque o campo gravitacional terrestre está atuando lá na lua fazendo uma força gravitacional dela Então os campos são

propriedades do espaço gerados por alguma coisa massas a propriedade massa da matéria gera um tipo de Campo chamado campo gravitacional por outro lado a propriedade carga elétrica gera um outro tipo de propriedade no espaço então a matéria tem uma propriedade chamada carga elétrica e esta propriedade gera no espaço do espaço todo o tal do campo elétrico e isso daí é o que a gente vai começar a estudar agora bem existem dois tipos de cargas elétricas as cargas elétricas que nós chamamos positiva e as cargas elétricas que nós chamamos negativas Isso é mera convenção foi conveniente

é separar as cargas nesses dois tipos isso matematicamente encaixa faz com que as equações tenham significado então a gente vê que o comportamento da na empresa matematicamente nos permite classificar dois tipos de carga a carga positiva que é característica dos prótons né são os prótons da matéria que tem essa propriedade carga elétrica positiva e existem também os elétrons que tem a carga elétrica negativa o que que acontece quando você tem uma carga positiva e eu vou chamar esta carga de carga fonte e eu vou ficá-la em algum lugar eu vou colocar aqui uma fixação para

não permitir que ela se mova da mesma maneira vão fazer com esta outra daqui ó esta carga negativa essas cargas nós vamos chamar de cargas fonte porque elas são fonte do que nós chamamos campo elétrico elas estão gerando esse campo elétrico que vocês estão vendo aqui Douglas eu estou vendo um campo bem eu representei representei esse campo por setinhas campo elétrico pode ser representado por uma série de setinhas a gente diz então que o campo elétrico é uma propriedade vetorial do espaço que vai ser gerada por uma carga elétrica fonte vamos escrever isso Observe que

esta carga fonte positiva está gerando um campo que sai dela então uma carga fonte positiva gera sempre um campo elétrico saindo desta carga fonte positiva isso é convenção Douglas e como é que eu vou representar essas linhas aqui são chamadas linhas de Campo prefiro chamar a linha de Campo apesar de alguns autores é gostarem de chamar linhas de força bem Eu estou falando de Campo Não estou falando de força ainda depois nós vamos falar então vai gerar essas linhas de Campo esse ponto aqui que eu chamei de ponto ah vamos começar por aqui nele existe

um campo elétrico que eu vou representar pela letra e vetorial e a e a é o campo que eu tenho no ponto a e a nem aqui no ponto B ali em cima vai existir um vetor campo elétrico também que eu posso caracterizar então naquele ponto b existe um vetor campo elétrico e b então no ponto a nós temos um campo elétrico é a no ponto b um campo elétrico e B quem tá gerando este campo elétrico esta carga fonte positiva que que vai acontecer se eu tiver uma carga fonte negativa as linhas de Campo

ao invés de sair dela elas vão entrar então linhas de Campo entram em cargas Fontes negativas neste caso perceba que neste ponto c Eu tenho um campo elétrico entrando no sentido da entrada nesta carga fonte negativa e lá no ponto de também o vetor campo elétrico no sentido de entrar na nossa carga forte negativa então o que que nós aprendemos nessa primeira parte do nosso encontro de Agora Nós aprendemos que cargas fonte positiva gera um campo saindo dela cargas fonte negativa vão gerar um campo entrando nela vamos ao próximo passo me acompanha agora a gente

vai atrás de encontrar o valor do campo elétrico gerado por essas cargas Fontes né a gente tem aqui essa carga fonte positiva gerando um campo elétrico a uma certa distância de dela a carga negativa também a diferença que uma é saindo da carga positiva e a outra é entrando na carga negativa então o campo elétrico vai ter estas características Douglas que características o módulo dele é proporcional ao valor da carga que tá gerando quanto maior a carga maior vai ser esse módulo nós dizemos diretamente proporcionais por outro lado ele é inversamente proporcional ao quadrado da

distância Douglas porque é assim porque a natureza se comporta dessa forma simplesmente é é uma condição da natureza se você ficar duas vezes mais distante o campo não vai ficar duas vezes mais quatro ele vai ficar 2 ao quadrado mais fraco se você dobrou a distância o campo fica quatro vezes mais fraco se você triplicar A distância é o campo diminui nove vezes Douglas e o que que é esticar é chamada constante de proporcionalidade essa constante de proporcionalidade é chamada permissividade elétrica do Meio cada meio tem uma certa permissividade elétrica e o valor do vácuo

e do ar que é quase igual a maior parte dos experimentos que são feitos são feitos ou no vácuo ou no ar o valor deste Car é 9 x 10 elevado a 9 Milton vezes metro ao quadrado por Colombo ao quadrado se você for substituir os valores em algum exemplo você vai descobrir qual é a unidade deste campo elétrico vamos ver um estudo de caso se nós tivermos uma carga fonte de 4 microcoulombs a uma distância de 12 cm qual seria a intensidade desse campo e vamos ver qual seria também a unidade de medida dele

primeira coisa que você deve se preocupar é com as unidades o valor daquela carga que é quatro vezes um micro é 10 a menos 6 então 4 x 10 a menos 6 com Londres e a distância são 12 cm sente é centésimo 10 a menos 2 então 12 vezes 10 a menos 2 metro Agora nós estamos no sistema internacional de unidade de medida nós podemos fazer a substituição na fórmula a intensidade do campo nesta circunstância vai ser igual a acompanhe o resultado da conta a gente se vê agora eu vou relatar para você o que

que foi feito aqui na conta o valor do K 9 x 10 a 9 Newton metro quadrado por Colombo ao quadrado que já deu uma cancelada com este Colômbia aqui que é quatro vezes 10 a menos 6 km do valor da carga fonte Observe agora aqui no denominador que nós temos a distância ao quadrado quando a gente for fazer a conta a gente vai ver que o tal do 9 x 4 dá 36 10 a nona vezes 10 a menos 6 dá 10 ao cubo agora 12 ao quadrado São 144 10 a menos dois ao

quadrado são 10 a menos quatro e o que mais que nos sobrou bem a gente tem o Newton vezes metro ao quadrado por Colombi Nilton x metro quadrado por Colombi e aqui embaixo o metro quadrado vai cancelar ali fazendo esta conta dividindo 36 x 10 a terceira por 144 x 10 a menos 4 o seu resultado vai ser dois milhões e 500 mil agora observe a unidade de medida newton por Coulomb qual é o significado disso quer dizer que se eu colocar neste lugar uma carguinha uma outra carga que não é a carga forte porque

o campo ele é o que a gente chama de intermediário entre de interação de força entre dois corpos vamos voltar ao exemplo da terra a terra gera o campo gravitacional e este campo gravitacional aplica sobre nós força força gravitacional nós somos atraídos pela terra através do campo gravitacional que a terra gera Essa é a ideia básica mas Douglas então aqui é a mesma coisa sim na hora que esta carga fonte gera um campo Se eu colocar uma outra carguinha lá ela pode ser ou atraída ou repelida vamos ver um Jack vai acontecer isso vem comigo

note agora nesse exemplo que eu peguei exatamente os dados do estudo de caso que a gente havia feito anteriormente Eu peguei uma carga fonte de 4 microcoulombs coloquei aqui a uma distância de 12 cm vi que o valor do Campo São 2 milhões e quinhentos miltons por Colombo Este resultado em notação científica fica assim 2,5 x 10 a sexta deu Então por nome tá dando para acompanhar vai melhorar agora nós vamos fazer isso em duas situações para fazermos dois testes e algumas comparações vem comigo você deve estar anotando que o desenho que tem de um

lado é o mesmo desenho que tem do outro lado Douglas tudo bem Isso aí é verdade o que que eu vou fazer é a mesma situação antes e depois mas eu vou colocar alguma outra carga que não essa daqui ó essa daqui é o que nós chamamos de carga fonte a carga que está gerando E essas linhas de Campo que eu estou aqui representando eu tô desenhando aqui de verdinho linhas que representam a direção e o sentido do campo gerado por esta carga positiva né cargas positivas gera um Campos que saem dela então eu coloquei

isso duas vezes ali naquele primeiro exemplo e aqui nesse segundo também o que eu quero que você Observe é o fato de que eu vou precisar colocar uma outra carga para uma outra carga Experimente interaja com este Campo gerado pela tal da carga fonte esta outra carga tem o nome de carga de prova ou carga de teste ela vai provar ela vai testar a existência do campo desta carga fonte eu vou começar colocando aqui uma carga de prova positiva a gente sabe que quando duas cargas tem o mesmo sinal ela se repelem Por esta razão

a força elétrica que vai atuar aqui vai ter um sentido do afastamento então coloquei uma carga positiva o sentido da força é para lá então de vermelho eu vou representar o nosso vetor força agora vem a seguinte pergunta se essa carguinha de prova que eu vou chamar de kezinho ela tiver o valor de um Conde eu sei é uma quantidade de carga fora do comum é muita carga a gente tem a carga fonte aqui com 4 micro km mas se você colocar um Colômbia aqui sabe qual que é a intensidade da força que vai atuar

sobre ela tem noção tem ideia Pois eu vou te dizer 2 x 10 2,5 x 10 a sexta Newton então significado do campo elétrico desta unidade é que para cada Colômbia que eu colocar aqui nesta região vai atuar uma força de 2,5 x 10 a sexta newtons 2 milhões e 500 mil newtons então Vamos diminuir Se eu colocar um microcoulomb a intensidade da força que vai atuar nesta circunstância o módulo da força F vai ser multiplicando quanto você Vai Multiplicar o valor desta carga por aquilo dali fazer uma regra de três a gente vai encontrar

o valor de 2,5 newtons né se para um Colômbia eu consigo 2,5 milhões de Newton para um milionésimo de Colômbia eu vou ter um milionésio daquilo um milionésimo disso vai dar 2,5 Você pode até fazer um outro teste vamos fazer assim vamos colocar aqui deste outro lado uma outra carguinha uma carguinha de prova quezinho com um valor que igual a dois microcoulomb quando eu dobro a quantidade de carga que coloca aqui eu vejo que a força aumenta de intensidade se você dobrar a carga de prova vai dobrar a intensidade da força o módulo desta força

agora vai ser 5 newtons então quanto mais carga de prova eu tenho mais força vai atuar sobre ela esse essa é a nossa primeira conclusão mas Douglas O que aconteceria se a carga de prova fosse negativa este vetor força trocaria de sentido quando você tem uma carga negativa a força vai ter o sentido contrário ao do campo Opa Observe que a partir de agora eu ao invés de comparar a força com a carga forte eu estou relacionando o sentido da força com sentido do campo então quando eu tenho uma carga de prova que esse que

Zinho que está experimentando o campo que vai sofrer ação do campo gerado por esta carga fonte se ela for positiva a força tem o mesmo sentido do campo se ela for negativa a carga de prova a força tem sentido contrário de tal maneira que nós vamos equacionar isso de uma forma vetorial vem comigo Aqui nós temos a representação de um campo numa determinada região Suponha que alguma carga fonte está gerando este campo elétrico aqui verde na região aí nós lançamos uma carguinha de prova aqui se a carga de prova for positiva a força tem a

mesma direção e mesmo sentido que o campo se ela for negativa tem a mesma direção mas sim tem sentido oposto ao do campo essa é a primeira característica que você vai ter para interação dessa o valor desta força outra coisa que você precisa também conhecer é o seguinte há uma forma matemática de a gente expressar tudo isso que é esta equação o valor da força elétrica que a tua sobre a carga de prova vai ser igual vetor força a carga de prova vezes o campo elétrico da região onde ela se encontra então Observe o valor

do campo Depende de quem tá gerando quem tá gerando o campo vai te dizer quanto vale o campo agora força que vai atuar sobre a carga de prova vai ter depender do quanto de Campo tá atuando sobre a carga de prova campanha esse gerado por outra carga e do próprio valor da carga de prova aliás se não tiver carga nem sequer forçará então a gente pode dizer que o módulo do vetor força elétrica vai ser o módulo da carga vezes o módulo do campo né então a intensidade da força vai ser tão maior quanto maior

for a carga de prova e quanto maior mais intenso for o campo a direção da força é a mesma do Campo se a carga de prova for positiva ou mesmo do campo o sentido se a carga de prova for negativa o sentido da força é o oposto do campo deu para captar agora que a gente já entendeu o significado de quem gera o campo de quem sofre a ação desse Campo nós vamos falar conceitualmente do que é o tal do potencial elétrico a gente sabe que o campo é a quantidade de força que atua pela

carga você também poderia trazer aqui ó a seguinte definição o vetor campo elétrico que existe um determinado lugar do espaço vai me dizer o quanto de força por carga vai atuar sobre aquela partícula por essa razão o campo elétrico é medido em Newton porco lombi porque ele vai me dizer o quanto de força vai atuar sobre cada Colômbia que for colocado no local onde existir aquele campo então o campo está relacionado a força elétrica que vai atuar sobre uma carga de prova mas esse campo foi gerado por uma outra carga que tem o nome de

carga fonte compreendido vamos ver o que é potencial elétrico a definição do potencial elétrico está relacionada a energia Observe este caso em que nós temos uma carga fonte positiva fixa ali gerando este Campo Verde e uma carga de prova também positiva que vai ser repelida daquela outra lá a gente sabe que por conta desta repulsão ela vai se deslocar Opa repulsão força deslocamento força com deslocamento realizou o trabalho mas para que se realize trabalho se deve gastar energia que energia tá sendo gasta para a realização deste trabalho para fazer com que esta partícula ganha energia

cinética de um dia que está vindo Isso você já se fez essa pergunta Pois a resposta está no fato de que existe um tipo de energia chamada energia elétrica de posição ou energia elétrica potencial é uma energia que depende de onde a partícula está como ela tá mudando de posição a medida que ela se move ela perde essa tal dessa energia elétrica porque ela vai se transformando em energia cinética o movimento natural das cargas elétricas é sempre das regiões onde ela tem maior energia potencial para as regiões onde ela vai ter menor energia potencial havendo

transformação de energia potencial em cinética quando o movimento é espontâneo tá dando para captar essa ideia pois Me acompanhe no seguinte raciocínio a medida que esta carga se movimentou ouve variação Na quantidade de energia e como é que eu vou quantificar isso vem comigo aqui eu estou trazendo uma comparação não se esqueça de que cada ponto do espaço tem uma propriedade chamada campo elétrico o campo elétrico está relacionado à força elétrica que ator sobre a carga de prova esse campo elétrico é gerado pela carga fonte e ele é medido em Newton porco lombi já o

potencial elétrico é uma propriedade então aqui ó cada ponto do espaço tem também uma propriedade escalar não é vetorial o potencial elétrico é uma propriedade escalar cada ponto do espaço tem um potencial elétrico V relacionado a energia elétrica adquirida pela carga de prova quando é colocado naquele ponto quando você coloca a carga de prova naquele ponto essa carga adquire uma certa quantidade de energia potencial elétrica a energia elétrica adquirida vai depender a carga de prova e também do potencial daquele ponto Agora esse potencial gerado ele é gerado pela carga fonte e o cálculo dele é

feito através dessa expressão kq sobre D Olha a diferença no campo elétrico você calcula o módulo módulo do campo elétrico é k vezes o módulo da carga sobre a distância ao quadrado então a gente não se preocupa com sinais para calcular o módulo do campo elétrico módulo é uma coisa Sempre positiva já o potencial elétrico não ele pode ter valores positivos ou negativos Mas aí você vai ter um trabalho matemático para poder é avaliar a gente vai ficar aqui com a ideia do que é esse potencial elétrico ele vai depender do valor do potencial você

vai ter uma certa quantidade de energia para aquela carga vamos ver o que que isso significa quando a gente tem por exemplo uma tomada vem comigo Eu já coloquei aqui na lousa um caso para você observar com as contas feitas peguei uma carga fonte de 6 microcoulomb bem aqui e um ponto do espaço que está dois metros do centro dela nós vamos calcular duas propriedades deste ponto aqui do espaço este ponto aqui o que que tem neste ponto absolutamente nada não tem nada aí é só um ponto do espaço vazio mas apesar de não ter

matéria Existem duas propriedades neste ponto do espaço uma delas é o campo elétrico o valor do vetor campo elétrico a gente calculou aqui conforme já viu na expressão E tem também um potencial elétrico Se eu colocar uma carga de prova aqui ela vai sofrer ação de uma força que está relacionada ao campo e vai adquirir uma determinada quantidade de energia potencial elétrica que por sua vez está relacionada ao potencial elétrico então a energia potencial está relacionada ao potencial cuidado não confundir Às vezes a gente confunde energia potencial com potencial não são coisas diferentes muita atenção

aí professor então se eu for calcular o potencial elétrico Vai dar quanto Observe que nessa expressão a gente não dividir pelo quadrado dividir só por D e quando eu fiz a conta eu encontrei 27 mil 27 mil o que já lhe por Colombo Douglas qual é o significado disso se eu colocar bem aqui uma carga de prova uma carga igual a um clube ela vai sofrer uma Lapada uma força um empurrão de 13.500 newtons e a energia que ela adquire para ficar aqui a energia potencial elétrica que depois ela vai transformar em cinética vai ter

um valor de 27 mil joules mas quiseram homenagear Daniel volta com esta divisão jaule por Colômbia Então já lhe por Colombo virou o que nós chamamos hoje de volte em homenagem ao Daniel volta então Note que a voltagem volte significa um Joule por Colômbia Douglas e o que que isso tem a ver com a tomada lá em casa né liguei o meu equipamento na tomada dependendo de onde você mora a tomada pode ser de 127 volts ou de 220 Volts no lugar onde eu moro aqui são 220 volts Douglas Qual que é o significado disso

a tomada ela tem dois plugs certo Você sempre tem dois plugs esses dois plugs estão conectados a fios diferentes um deles vai levar a corrente elétrica as cargas da corrente elétrica vão por um fio chegam ao seu equipamento o equipamento que você ligou a tomada e depois Retornam pela pelo outro Ramo do Fio agora quando você vê que essa tomada é de 220 volts isto significam 2220 joules por Colômbia Douglas e o que que isso quer dizer cada um com o lombo de carga elétrica que entra aqui na tomada vai até a rede distribuidora de

energia elétrica e pega 220 de energia e traz para o seu equipamento então o significado de 220 volts são 220 joules para cada um com nome de carga Douglas e se eu moro no lugar onde são 110 Volts ou 127 se você mora no lugar onde são 127 volts são 127 joules por Colômbia ou seja cada Colômbia que chega à rede distribuidora vai trazer de volta apenas e infelizmente estão somente 127 joules para conseguir a mesma quantidade de energia um local onde a tensão elétrica for pequena vai precisar de mais carga elétrica circulando de mais

corrente elétrica para compensar pouca atenção o que costumam chamar coloquialmente de voltagem bem foi um encontro bastante extenso Espero que você tenha conseguido aprender alguma coisa se gostou deixa o seu joinha se quer aprender mais física se inscreve no nosso canal vai ser sempre uma alegria enorme ter você aqui com a gente deixou a lousa aí para que você possa copiar Se tiver interesse a gente se vê em uma outra oportunidade Ah se quiser adquirir um curso para o Enem tem o link aqui embaixo a gente se vê até breve